一种聚合物电解质、其原位制备方法及应用技术

本发明专利技术属于聚合物电解质技术领域，更具体地，涉及一种聚合物电解质、其原位制备方法及应用。依靠深共融溶剂催化巯基

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物电解质、其原位制备方法及应用


[0001]本专利技术属于聚合物电解质
，更具体地，涉及一种聚合物电解质、其原位制备方法及应用。

技术介绍

[0002]锂二次电池在人类的生产和生活中起到了重要的作用。但是传统的锂电池使用易挥发、易燃烧、易泄漏的有机液态电解质，存在较大安全隐患。凝胶聚合物电解质能够避免液体电解质的泄露风险，提升安全性能，并具有良好的加工性能和电化学性能，有利于目前储能器件的生产和使用。
[0003]当前制备凝胶聚合物电解质的方法有非原位物理方法和原位化学方法两类。原位化学方法比非原位物理方法工艺上更加简单，不使用有机溶剂，制备的电解质与电极的界面更稳定。巯基
‑
双键迈克尔加成反应是一类点击化学反应，能够高效地构建聚合物网络，但其一般会引入三乙胺等催化剂，使得反应速率过快，或加入引发剂在光或热的条件下引发聚合，难以采用原位方法制备。采用光照条件需要外加光源，不能原位组装(只能光照固化后再组装)，而加热一般是使得引发剂分解，这会在电解质中残留有少量引发剂，将会在电池工作过程中与电极反应，使得电池容量降低，或本身不具备导离子能力，导致离子传输能力降低等不利影响。(Macromolecules,2020,53,17,7450
–
7459)此外，加入碱或引发剂这些非电解质组分也会影响电解质的性能，不利于实际应用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种聚合物电解质、其原位制备方法及应用，以解决现有技术通过巯基
‑<br/>双键迈克尔加成原位制备电解质的反应条件苛刻，且需引入非电解质组分、影响电解质性能等的技术问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种聚合物电解质的原位制备方法，包括如下步骤：
[0006](1)将砜类化合物、碱金属盐以及胺类化合物混合，搅拌后得到深共融溶剂；所述胺类化合物中含有羟基、脲基和酰胺基中的至少一种，且搅拌后得到的深共融溶剂中胺类化合物的氨基为亚氨基或次氨基；
[0007](2)将含有巯基末端的第一反应物与两端含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯末端的第二反应物混合，得到反应物混合溶液；
[0008](3)将步骤(2)所述反应物混合溶液与步骤(1)所述深共融溶剂混合均匀，得到反应前驱液；
[0009](4)将步骤(3)所述反应前驱液转移至隔膜表面，得到负载反应前驱液的隔膜，原位组装成碱金属电池；所述第一反应物和所述第二反应物在所述深共融溶剂的催化作用下在所述隔膜上原位进行巯基
‑
双键迈克尔加成反应形成交联网络，得到负载在所述隔膜上的聚合物电解质。
[0010]优选地，所述砜类化合物为环丁砜和/或二乙烯基砜；所述碱金属盐为金属锂盐、金属钠盐或金属钾盐；
[0011]优选地，步骤(1)所述胺类化合物为仲胺化合物或叔胺化合物时，进一步优选为3
‑
二甲基氨基
‑1‑
丙醇、N,N
‑
二乙基羟胺、N
‑
甲基乙酰胺、N,N
‑
二甲基甲酰胺、2
‑
(甲氨基)乙醇和双(2
‑
羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷中的一种或多种时，将砜类化合物、碱金属盐以及所述仲胺化合物或叔胺化合物混合，搅拌后得到深共融溶剂，且该深共熔溶剂中胺类化合物的氨基为亚氨基或次氨基；
[0012]步骤(1)所述胺类化合物为伯胺化合物时，进一步优选为1,3
‑
二氨基
‑2‑
羟基丙烷时，将砜类化合物、碱金属盐、该伯胺化合物以及丙烯酸酯类化合物混合，搅拌且反应后得到深共融溶剂，搅拌过程中所述伯胺化合物和丙烯酸酯类化合物发生反应使伯胺化合物中的氨基转化为亚氨基或次氨基，使得该深共熔溶剂中胺类化合物中的氨基为亚氨基或次氨基。
[0013]优选地，步骤(2)所述第一反应物为季戊四醇四(3
‑
巯基丙酸酯)、三羟甲基丙烷三(3
‑
巯基丙酸酯)和八巯基多面体低聚倍半硅氧烷中的一种或多种；所述第二反应物为聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯中的一种或多种；所述聚乙二醇(二醇)二丙烯酸酯和聚乙二醇二甲基丙烯酸酯的相对分子质量为300～1000。
[0014]优选地，步骤(2)所述含有巯基末端的第一反应物中的巯基与所述第二反应物中双键的摩尔比为3:1～1:3。
[0015]优选地，步骤(1)中，所述深共融溶剂中所述胺类化合物、碱金属盐及环丁砜的摩尔比为0.01～1:1:3～10，进一步优选为0.1～1:1:3～10。
[0016]优选地，步骤(3)中所述反应物混合溶液与所述深共融溶剂的质量比为1:1～1:6。
[0017]优选地，步骤(4)所述隔膜为纤维素隔膜、聚乙烯隔膜或聚丙烯隔膜。
[0018]优选地，所述巯基
‑
双键迈克尔加成反应时间不少于1分钟。
[0019]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的原位制备方法制备得到的聚合物电解质。
[0020]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种碱金属电池，包含所述的聚合物电解质。
[0021]本专利技术提供的一种聚合物电解质的原位制备方法，其依靠深共融溶剂催化巯基
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双键迈克尔加成反应来实现，其中深共融溶剂的碱金属盐和胺类化合物在巯基
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双键迈克尔加成反应中起催化作用，碱金属盐和砜类化合物起到调节反应速率的作用，通过碱金属盐与胺类化合物、砜类化合物之间的相互作用力(主要包括氢键作用力以及路易斯酸碱之间的相互作用力)，使各固体组分组成的混合物熔点降低，室温下为液体，体系中无需外加溶剂，并能通过深共融溶剂组成调节反应速率，解决了巯基
‑
双键迈克尔加成反应难以使用原位聚合方法的问题，且采用深共融溶剂作为液体组分提高锂离子电池的安全性能、简化制备工艺并降低成本，提供了一种高效制备高性能碱金属离子电池凝胶聚合物电解质的方法。
[0022]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术提供了一种深共融溶剂催化巯基
‑
双键迈克尔加成反应，原位聚合形成凝胶电解质的方法，将室温下为固体的胺类化合物、砜类化合物和金属盐混合得到室温下
为液体的深共融溶剂，可以直接用于催化巯基
‑
双键迈克尔加成反应，并提升锂离子电池凝胶聚合物电解质的电化学性能。
[0024](2)本专利技术反应的体系不需额外加入催化剂、极性溶剂或其他化合物，仅由单体、深共融溶剂反应原料相混合，就能原位制备凝胶聚合物电解质，一方面该反应体系使用深共融溶剂作为催化剂，不需要外加溶剂，能够避免聚合物凝胶电解质中与离子传导无关部分的使用，并避免催化剂、有机溶剂等带来的后处理复杂，价格昂贵，溶剂易挥发的缺点；另一方面，深共融溶剂相比其他液体溶剂更加绿色安全，成本低廉，并具有良好的电导率本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物电解质的原位制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将砜类化合物、碱金属盐以及胺类化合物混合，搅拌后得到深共融溶剂；所述胺类化合物中含有羟基、脲基和酰胺基中的至少一种，且搅拌后得到的深共融溶剂中胺类化合物的氨基为亚氨基或次氨基；(2)将含有巯基末端的第一反应物与两端含有丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯末端的第二反应物混合，得到反应物混合溶液；(3)将步骤(2)所述反应物混合溶液与步骤(1)所述深共融溶剂混合均匀，得到反应前驱液；(4)将步骤(3)所述反应前驱液转移至隔膜表面，得到负载反应前驱液的隔膜，原位组装成碱金属电池；所述第一反应物和所述第二反应物在所述深共融溶剂的催化作用下在所述隔膜上原位进行巯基
‑
双键迈克尔加成反应形成交联网络，得到负载在所述隔膜上的聚合物电解质。2.如权利要求1所述的原位制备方法，其特征在于，所述砜类化合物为环丁砜和/或二乙烯基砜；所述碱金属盐为金属锂盐、金属钠盐或金属钾盐；步骤(1)所述胺类化合物为仲胺化合物或叔胺化合物时，优选为3
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二甲基氨基
‑1‑
丙醇、N,N
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二乙基羟胺、N
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甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺、2
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(甲氨基)乙醇和双(2
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羟乙基)氨基(三羟甲基)甲烷中的一种或多种时，将砜类化合物、碱金属盐以及所述仲胺化合物或叔胺化合物混合，搅拌后得到深共融溶剂，且该深共熔溶剂中胺类化合物的氨基为亚氨基或次氨基；步骤(1)所述胺类化合物为伯胺化合物时，优选为1,3
‑
二氨基

【专利技术属性】
技术研发人员：薛志刚，叶蔚欣，王计嵘，周兴平，解孝林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：